Culture cellulaire destinée à la production

Les cellules cultivées sont utilisées dans la fabrication de composés biologiques tels que les vaccins, les protéines et les anticorps thérapeutiques, ainsi que de produits de thérapie cellulaire. Au fur et à mesure de l'augmentation des besoins en thérapies biologiques et en vaccins, on observe un intérêt grandissant pour la mise en place de procédés de culture cellulaire plus efficaces via le développement :

• De lignées et de cultures de cellules offrant un plus grand rendement
• De milieux de culture cellulaire optimisés pour la multiplication et la production
• De bioréacteurs offrant une meilleure croissance des cellules et un transfert d'échelle amélioré

Systèmes de culture cellulaire destinés à la production

Même si les systèmes d'expression pour cellules de bactéries, de levures et d'insectes sont capables de surexprimer les protéines recombinantes, les cellules de mammifères sont couramment employées dans la production de composés biologiques, en raison de leur capacité à propager les virus humains, à exprimer des anticorps monoclonaux, et à incorporer des modifications post-traductionnelles comme la glycosylation qui sont critiques pour la production de composés biologiques efficaces. Plusieurs lignées de cellules de mammifères, notamment les cellules CHO, les cellules de lymphome (NS0, SP2/0) et les cellules de rein embryonnaire humain (HEK, pour human embryonic kidney), ont été mises au point et utilisées pour produire des protéines et des anticorps thérapeutiques en grandes quantités. Les progrès réalisés dans l'édition génomique, notamment l'apparition des systèmes CRISPR-Cas, améliorent encore l'efficacité de production et la qualité des produits par la modification du génome des cellules hôtes afin de manipuler la croissance cellulaire et l'apoptose, et de faciliter la modification post-traductionnelle du produit du gène.

Milieux de culture destinés à la production de composés biologiques

L'optimisation des milieux de culture est un autre aspect critique du développement de procédés de culture cellulaire pour la fabrication de composés biologiques. Les milieux de synthèse qui sont dépourvus de sérum et de constituants d'origine animale sont typiquement utilisés dans la production de composés biologiques afin de réduire la variabilité inhérente aux milieux et suppléments non définis, d'éliminer la présence de contaminants et d'agents adventices dans les procédés, et de réduire le risque d'effets indésirables/non recherchés. Comme les lignées cellulaires sont uniques et nécessitent différents nutriments pour se développer, la production de protéines et de biomasse par culture dépend en grande partie des milieux de culture utilisés.

Les bioréacteurs sont des dispositifs de culture à grande échelle, employés en upstream processing et en production ; il jouent un rôle essentiel dans l'expansion et la transposition à l'échelle supérieure de la culture cellulaire à des fins de production. Le procédé typique de la multiplication cellulaire par séquences d'ensemencement ("seed train expansion") consiste à décongeler des cellules cryopréservées puis à leur faire subir des multiplications successives dans des récipients de culture de plus en plus grands tels que des fioles, des flacons "spinner" et des bioréacteurs intégrant une agitation. Lorsque le volume de culture et la densité cellulaire sont optimaux, la culture est transférée dans un bioréacteur de production. Les bioréacteurs offrent un microenvironnement et un apport en nutriments contrôlés qui permettent de réguler la croissance et la différenciation des cellules, ce qui améliore la standardisation et la reproductibilité. Les bioréacteurs en acier inoxydable intégrant une agitation sont encore couramment utilisés en production, même si des bioréacteurs jetables à usage unique sont actuellement employés pour apporter de la flexibilité et réduire les temps d'indisponibilité dus au nettoyage et à la stérilisation des équipements permanents traditionnels.